単元一覧 › 大学数学 最適化・線形計画法

最適化・線形計画法の問題

難易度 2教科書の演習問題レベル証明問題大学数学 最適化・線形計画法

実数 を変数とする次の線形計画問題を考える。

この問題の最適解(制約をすべて満たし、目的関数 の値を最大にする点 )はただ 1 つで、それが であることを証明せよ。

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(50 技能)
算数中学高校大学大学院

読み込み中…

右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。

一覧で見る(前提が先)
  1. 三角形の角の大きさ
  2. 対頂角と平行線の同位角・錯角
  3. 三角形の外角と角の組み合わせ
  4. 小数の四則計算
  5. 分数のたし算・ひき算
  6. 分数のかけ算・わり算
  7. 小数と分数のまじった計算
  8. 逆算(□ を求める)
  9. 正負の数の加法・減法
  10. 四則の混じった計算の順序
  11. 正負の数の乗除・累乗と四則混合
  12. 分配法則を使った計算のくふう
  13. 文字式の計算(同類項・分配法則)
  14. 1 次方程式の解き方
  15. 二等辺三角形の角
  16. 平行四辺形と特別な四角形の性質
  17. 三角形・四角形の面積
  18. 約数の見つけ方
  19. 素因数分解と約数の個数
  20. 平方根の意味と根号の簡単化
  21. 三平方の定理
  22. 乗法公式による展開
  23. 折り返した図形の角と長さ
  24. 三平方の定理と平面図形
  25. 最大公約数と最小公倍数
  26. 比の性質と簡単な比
  27. 相似な三角形と長さの比
  28. 三角形の相似条件と対応する辺の長さ
  29. 平行線と線分の比
  30. 2点間の距離と内分点・外分点
  31. 比例・反比例の式とグラフ
  32. 関数 の式と変域
  33. 因数分解
  34. 平方完成と 2 次関数のグラフ
  35. 円の方程式
  36. 連立方程式の解き方(加減法・代入法)
  37. 1 次関数の式の求め方
  38. 直線の方程式
  39. 不等式の表す領域
  40. 点と直線の距離
  41. 2 次不等式
  42. 円と直線の位置関係と弦の長さ
  43. 2直線の平行・垂直
  44. 円の接線
  45. 領域における最大・最小
  46. ベクトルの演算と成分
  47. 行列の和・積と 2 次の逆行列
  48. 線形計画問題の定式化と標準形
  49. 双対問題と双対定理
  50. 相補性条件

ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

ヒント 1

(3,1) が制約を満たすこと、どの実行可能解でも目的関数が (3,1) での値以下であること、等号が (3,1) でしか成り立たないことの 3 つを示す。

ヒント 2

目的関数 を、制約の左辺 と の 0 以上の係数の和として書き表すと、上界が得られる。

ヒント 3

と書けるので、制約から が成り立つ。等号が成り立つ条件を考える。

採点の観点と模範解答

自分で証明を書いてから、採点の観点で見比べてください。

採点の観点を見る
  • がすべての制約(非負条件を含む)を満たすことを代入して確かめている(2 点)

  • 目的関数を のように制約の左辺の 0 以上の係数の組合せで表している(2 点)

  • その表し方と制約から、任意の実行可能解で を導き、 が最適解であると結論している(3 点)

  • 最適解では等号が成り立つことから と がともに必要であることを、余裕(スラック)が 0 以上であることを使って示し、最適解が に限ると結論している(3 点)

結果を記録する(このブラウザにだけ保存されます):
模範解答を読む

が実行可能であること を代入すると

なので、すべての制約を満たす。このとき目的関数の値は である。

任意の実行可能解で目的関数の値が 以下であること を制約をすべて満たす任意の点とする。目的関数を制約の左辺の組合せで

と書き直す。制約 の両辺に正の数 を掛けると 、また制約 がある。辺々を加えて

よって、どの実行可能解でも目的関数の値は 以下である。 で値 をとるので、 は最適解であり、最適値は である。

最適解がただ 1 つであること を任意の最適解とすると、上で示したことから である。、 とおくと、制約より であり、

が成り立つ。左辺は なので 。 はともに 以上だから、 でなければならない(どちらかが正なら左辺が正になる)。すなわち かつ であり、これより となる。

以上より、この線形計画問題の最適解はただ 1 つで、 である。

この問題の確認

AI が作成した問題です。公開前に次の確認を行いました。確認の方法について

間違いを報告する

この問題の誤り・分かりにくい点・難易度や学年のずれを知らせる
どこについての報告ですか

報告の内容と問題の番号を保存します。名前やメールアドレスは保存しません。

関連する問題